Bachelor's Thesis

Preparation of SiN ultrathin films

Final Thesis 1.79 MB Appendix 126.74 kB

Author of thesis: Ing. Martin Dvořák

Acad. year: 2010/2011

Supervisor: doc. Ing. Jindřich Mach, Ph.D.

Reviewer: Ing. Stanislav Voborný, Ph.D.

Abstract:

This bachelor´s thesis deals with design, testing and calibration of an effussion cell generating silicon atomic beam having thermal energy (0,1 - 1 eV). These beams are used for the preparation of Si and SiN ultrathin films. Silicon nitride and its applications in semiconductor industry are reviewed. First experiments with deposition of ultrathin films of Si and SiN are described. These layers have been analyzed by x-ray photoelectron spektroscopy (XPS) and atomic force microscopy (AFM).

Keywords:

SiN, growth ultra thin layers, effusion cell, UHV,MBE

Date of defence

21.06.2011

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (B3901-3)

Field of study

Physical Engineering and Nanotechnology (B-FIN)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
doc. RNDr. Josef Kuběna, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Jindřich Mach, Ph.D.

Student se v rámci bakalářské práce aktivně podílel na realizaci efuzní cely poskytující atomární svazky Si. V rámci bakalářské práce byla sestavena, testována a kalibrována fuzní cela poskytující atomární svazky Si. Dále se studen seznámil se základy konstruování v UHV podmínkách, kdy prováděl konstrukční návrh úprav testovací komory. Dále byly provedeny první depozice Si a SiN vrstev. Tyto vrstvy byly studovány pomocí metody XPS.  Studen svou prací položil základy depozice Si pomocí napařování na Ústavu fyzikálního inženýrství v Brně. Výsledky budou využity k přípravě GaN vrstev a k přípravě polovodičových nanovláken. Práce studenta byla intenzivní a samostatná. Proto lze konstatovat, že student splnil všechny úkoly zadání, projevoval zájem o danou problematiku při práci si počínal snaživě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Stanislav Voborný, Ph.D.

Hlavním cílem bakalářské práce bylo zvládnutí přípravy tenkých vrstev Si a SiN. Na úvod autor práce vypracoval krátkou rešeršní studii ultratenkých vrstev SiN, které byly v experimentální části bakalářské práce také deponovány. Práce zahrnovala kompletaci a oživení na ústavu zkonstruované efúzní cely v testovací komoře, nalezení vhodných provozních parametrů tohoto zařízení, kalibrace rychlosti růstu vrstvy při depozici křemíku a nakonec bylo provedeno několik experimentů prokazujících funkčnost a spolehlivost cely při přípravě vrstev nitridů křemíku pomocí třech metod: napouštění dusíku do komory za pokojové teploty při současné depozici křemíku a dále depozice ionty dusíku na křemíkový substrát za pokojové a zvýšené teploty.
Po stránce pravopisné je práce bohužel zatížena desítkami gramatických chyb, především skloňování a nesmyslných větných konstrukcí, které napovídají o tom, že práce byla dokončována na poslední chvíli, nezbyl čas na dostatečnou revizi a významně kazí dojem na jinak velmi pěknou práci. Z hlediska členění a obsahu je však práce přehledná, logicky uspořádaná a doprovázená pěknými obrázky. Při plnění úkolů autor prošel procesem montáže efúzní cely, hledání provozních parametrů, prvních pokusů s depozicí křemíku, se kterým na ústavu dosud nebyly žádné zkušenosti a nakonec provedl úspěšné experimenty, které vyhodnotil pomocí analytické metody XPS. Zvládnutí tolika činností v bakalářské práci zřejmě vyžadovalo kvalitní a časově náročné vedení studenta.
Při vývoji a výrobě efúzní cely bylo využito poznatků s konstrukcí efúzních cel používaných pro jiné materiály. Efúzní cely získané tímto způsobem uspoří značné množství finančních prostředků a zkušenosti z konstrukce poskytují naší laboratoři know-how pro návrh zařízení podobných typů. Výsledky práce také rozšíří možnosti napařování ultratenkých vrstev o další materiál. Z výsledků bakalářské práce a přiložené výkresové dokumentace vyplývá, že byly všechny zadané úkoly úspěšně splněny. Přes výše uvedené nedostatky práci hodnotím jako zdařilou, doporučuji k obhajobě a v případě úspěšného zodpovězení otázek navrhuji hodnocení stupněm B.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Z jakého důvodu pomáhá nitridace křemíkového substrátu růstu GaN vrstev s vyšší kvalitou?
  2. Na str. 19 popisujete princip funkce Faradayovy sondy. Decelerační elektroda bývá běžnou součástí těchto sond. Mohl byste přesněji popsat, jaká je zde její funkce?
  3. Na str. 11 autor hovoří o dvou typech růstu tenkých vrstev (4. řádek shora)a třech módech růstu vrstev (12. řádek shora). Jak spolu tato dvě rozdělení růstu vrstev souvisí?
  4. Při experimentech s nitridací křemíkového substrátu byla část experimentů provedena pomocí hypertermálních dusíkových iontů o energii 50 eV. Jaký výsledek lze očekávat v oblasti vyšších energií iontů?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová